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【技術盛宴】開關電源中電阻的選型淺析

開關電源里面用量很大的一個元器件,電阻。

根據個人的經驗,大致的聊下電阻的相關內容,也希望同行提供些資料,一起學習,探討一下,順便給新人提供點參考。

先開個篇,慢慢寫。

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2015-11-04 09:02
我現在一看到慢慢寫,就知道內有乾坤 必有后續  哈哈
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rockyy
LV.6
3
2015-11-04 17:25
@電源網-天邊
[圖片]我現在一看到慢慢寫,就知道內有乾坤必有后續 哈哈

占座,期待中....

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2015-11-04 20:13

在畫原理圖中,時間有限,先弄個簡單的。

有供應商提供下原理圖不?或者推薦一個IC的應用。

我就懶得畫了,直接給用上好了。

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2015-11-04 22:50

這里有RV1,NTC1,R1,R2,R3,R4。

大家看看這些平時都是怎么選的,發表下看法吧。

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2015-11-05 18:37
@417zhouge
[圖片]這里有RV1,NTC1,R1,R2,R3,R4。大家看看這些平時都是怎么選的,發表下看法吧。

R1,R2,R3,R4的放電電阻取值。

IEC60950,IEC60065都有規定放電時間對應放電電壓的。

X電容超過0.1uF的話基本要加上這4個電阻了。

IEC60950規定1s內電壓需下降至37%,IEC60065規定2S內電壓需降至35V。

一般情況都是通過測試去判定,1S內plug端的電壓(240VrmsX1.4.1=340Vpeak)下降到初始電壓的37%(125.8Vpeak)就pass了。

至于采用4個組成2串2并,好像是有要求放電電阻有一個失效,也要能把X電容的電放掉。

附參考圖:X電容為334/340V R1=R2=R3=R4=1.5M。

放電時間與放電電壓波形如圖。

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2015-11-05 18:43
@417zhouge
R1,R2,R3,R4的放電電阻取值。IEC60950,IEC60065都有規定放電時間對應放電電壓的。X電容超過0.1uF的話基本要加上這4個電阻了。IEC60950規定1s內電壓需下降至37%,IEC60065規定2S內電壓需降至35V。一般情況都是通過測試去判定,1S內plug端的電壓(240VrmsX1.4.1=340Vpeak)下降到初始電壓的37%(125.8Vpeak)就pass了。至于采用4個組成2串2并,好像是有要求放電電阻有一個失效,也要能把X電容的電放掉。附參考圖:X電容為334/340VR1=R2=R3=R4=1.5M。放電時間與放電電壓波形如圖。[圖片][圖片][圖片][圖片]

R1,R2,R3,R4一般采用0805的封裝精度采用5%。如果輸入是277的話,就要采用2并3串的方法了。(0805的耐壓問題)

由于與待機功耗和PCB尺寸有關,所以很多公司都推出替代方案,取消X電容的泄放電阻,采用IC去放掉X電容的電。

也有小功率的干脆不用X電容,也可以省掉幾個電阻,減小待機功耗,或者IC從這個位置取電,降低待機功耗。

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2015-11-06 11:40
@417zhouge
R1,R2,R3,R4一般采用0805的封裝精度采用5%。如果輸入是277的話,就要采用2并3串的方法了。(0805的耐壓問題)由于與待機功耗和PCB尺寸有關,所以很多公司都推出替代方案,取消X電容的泄放電阻,采用IC去放掉X電容的電。也有小功率的干脆不用X電容,也可以省掉幾個電阻,減小待機功耗,或者IC從這個位置取電,降低待機功耗。
額額,就稀罕看這種大圖帶詳細文字說明滴,上精華,等著后續
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2015-11-09 12:44
@417zhouge
[圖片]這里有RV1,NTC1,R1,R2,R3,R4。大家看看這些平時都是怎么選的,發表下看法吧。

NTC1,常用的是10D-9,5D-9,5D11,2.5D15等幾種型號。

對應輸入特性里面的INRUSH CURRENT (Typ.)  COLD START 45A(30A、60A等)

功率型NTC熱敏電阻器在電路中抑制浪涌電流示意圖:

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21176659
LV.4
10
2015-11-09 12:47
@417zhouge
NTC1,常用的是10D-9,5D-9,5D11,2.5D15等幾種型號。對應輸入特性里面的INRUSHCURRENT(Typ.) COLDSTART45A(30A、60A等)功率型NTC熱敏電阻器在電路中抑制浪涌電流示意圖:[圖片]
NTC有個參數B值可以解釋一下
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2015-11-09 12:52
@417zhouge
NTC1,常用的是10D-9,5D-9,5D11,2.5D15等幾種型號。對應輸入特性里面的INRUSHCURRENT(Typ.) COLDSTART45A(30A、60A等)功率型NTC熱敏電阻器在電路中抑制浪涌電流示意圖:[圖片]

NTC還有另外一個作用,雷擊的時候,可以吸收部分的能量。保險絲的I2T會小些,保險絲不至于掛掉,橋堆相應的應力小點。

輸入電容小也可以不要NTC的,或者NTC的阻值可以取小些。只要保險絲和橋堆能抗住冷啟動瞬間的電流也沒大問題。

NTC在選擇時有個工作電流和工作溫度范圍,工作溫度范圍一般是-55-200℃。還有個參數是帶多大的輸出電容,有時候也要注意一下的。

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2015-11-09 12:56
@21176659
NTC有個參數B值可以解釋一下

對,NTC有個B值,簡單的話就是看下NTC在不同溫度下對應的阻值。對于常用的 NTC 熱敏電阻, B 值范圍一般在 2000K 6000K 之間。

復雜點的就是按照里面的公式,計算溫度,一般按5%的誤差計算(溫度檢測用)。功率型的NTC精度應該是20%左右的,B值很大,如5D-9,25℃的時候5Ω左右,高溫的時候估計就不到1Ω了。所以碰到過情況,客戶反饋說老化后一段時間后,沖擊電流變大了,超標了,又要解釋一番。

相同阻值,不同B值的NTC熱敏電阻R-T特性曲線示意圖

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2015-11-09 21:26
@417zhouge
對,NTC有個B值,簡單的話就是看下NTC在不同溫度下對應的阻值。對于常用的NTC熱敏電阻,B值范圍一般在2000K~6000K之間。復雜點的就是按照里面的公式,計算溫度,一般按5%的誤差計算(溫度檢測用)。功率型的NTC精度應該是20%左右的,B值很大,如5D-9,25℃的時候5Ω左右,高溫的時候估計就不到1Ω了。所以碰到過情況,客戶反饋說老化后一段時間后,沖擊電流變大了,超標了,又要解釋一番。相同阻值,不同B值的NTC熱敏電阻R-T特性曲線示意圖[圖片]

功率型NTC熱敏電阻器的選用原則.doc

別人一篇寫的比較全的資料,推薦下。

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2015-11-09 21:37
@417zhouge
NTC還有另外一個作用,雷擊的時候,可以吸收部分的能量。保險絲的I2T會小些,保險絲不至于掛掉,橋堆相應的應力小點。輸入電容小也可以不要NTC的,或者NTC的阻值可以取小些。只要保險絲和橋堆能抗住冷啟動瞬間的電流也沒大問題。NTC在選擇時有個工作電流和工作溫度范圍,工作溫度范圍一般是-55-200℃。還有個參數是帶多大的輸出電容,有時候也要注意一下的。
NTC還對應了低溫的問題,有的LED電源-40℃的時候90Vac起機閃燈。閃幾下就好了,有部分原因是NTC的值太大,還有部分情況是電解電容在低溫時的容值變小,ESR變化等原因。
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2015-11-09 21:59
@417zhouge
NTC1,常用的是10D-9,5D-9,5D11,2.5D15等幾種型號。對應輸入特性里面的INRUSHCURRENT(Typ.) COLDSTART45A(30A、60A等)功率型NTC熱敏電阻器在電路中抑制浪涌電流示意圖:[圖片]

大功率的電路(高輸入電壓、高輸入電流)里面也會有NTC,或者是抑制沖擊電流的功率電阻,直流應用中繼電器有時候也可以用可控硅或者IGBT什么的,如圖。

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2015-11-10 20:57
@417zhouge
[圖片]這里有RV1,NTC1,R1,R2,R3,R4。大家看看這些平時都是怎么選的,發表下看法吧。

RV1:壓敏電阻

反激電源常用的就是LN之間14D471K,雷擊差模1kV,共模2kV就夠了。

單極PFC的反激電源LN之間14D471K,有的還需要加個電解4.7-10uF左右的電容串聯二極管吸收掉雷擊的能量,保護MOSFET。

差模2kV,共模4kV基本要加氣體放電管的。600A,或者1kA,2kA。看實際情況增加。

14D471K的選擇264*1.414(峰值)*1.2=447.96V,470*0.9=423V,MOSFET=600V。

由于470V有±10%精度問題,加之壓敏電阻雷擊次數越多有個越打越薄的說法。

對于220V~240V交流電源防雷器,應選用壓敏電壓為470V~620V的壓敏電阻較合適。

選用壓敏電壓高一點的壓敏電阻,可以降低故障率,延長使用壽命,但殘壓略有增大

壓敏電阻的選型還是有點偏向于公司的傳統使用方式。

一般對壓敏電阻套上熱縮管,主要是防爆和阻燃的作用。因為壓敏電阻在失效的時候可能會炸裂,碎片會蹦到其他電子元件上,還有就是冒火焰。

有時打雷擊,共模電感下有放電針會放電,或者增加1個GDT對雷擊都有改善。如圖。

但是這個GDT在打初級次級耐壓的時候需要取消掉再打,要不打耐壓AC3000V的時候會過流報警。

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sudezhao
LV.1
17
2015-11-11 11:27
@417zhouge
RV1:壓敏電阻反激電源常用的就是LN之間14D471K,雷擊差模1kV,共模2kV就夠了。單極PFC的反激電源LN之間14D471K,有的還需要加個電解4.7-10uF左右的電容串聯二極管吸收掉雷擊的能量,保護MOSFET。差模2kV,共模4kV基本要加氣體放電管的。600A,或者1kA,2kA。看實際情況增加。14D471K的選擇264*1.414(峰值)*1.2=447.96V,470*0.9=423V,MOSFET=600V。由于470V有±10%精度問題,加之壓敏電阻雷擊次數越多有個越打越薄的說法。對于220V~240V交流電源防雷器,應選用壓敏電壓為470V~620V的壓敏電阻較合適。選用壓敏電壓高一點的壓敏電阻,可以降低故障率,延長使用壽命,但殘壓略有增大。壓敏電阻的選型還是有點偏向于公司的傳統使用方式。一般對壓敏電阻套上熱縮管,主要是防爆和阻燃的作用。因為壓敏電阻在失效的時候可能會炸裂,碎片會蹦到其他電子元件上,還有就是冒火焰。有時打雷擊,共模電感下有放電針會放電,或者增加1個GDT對雷擊都有改善。如圖。[圖片]但是這個GDT在打初級次級耐壓的時候需要取消掉再打,要不打耐壓AC3000V的時候會過流報警。
我們發現無PFC的小功率電源的壓敏電阻很容易掛,有PFC的就好很多,即便壓敏電阻是同規格的。LZ覺得這個現象和PFC有關系嗎?還是和電網環境有關?
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letflying
LV.4
18
2015-11-11 12:11
@417zhouge
R1,R2,R3,R4的放電電阻取值。IEC60950,IEC60065都有規定放電時間對應放電電壓的。X電容超過0.1uF的話基本要加上這4個電阻了。IEC60950規定1s內電壓需下降至37%,IEC60065規定2S內電壓需降至35V。一般情況都是通過測試去判定,1S內plug端的電壓(240VrmsX1.4.1=340Vpeak)下降到初始電壓的37%(125.8Vpeak)就pass了。至于采用4個組成2串2并,好像是有要求放電電阻有一個失效,也要能把X電容的電放掉。附參考圖:X電容為334/340VR1=R2=R3=R4=1.5M。放電時間與放電電壓波形如圖。[圖片][圖片][圖片][圖片]

果然是大師,越是這種平凡的器件越見功力啊。

請教個問題:

我們都知道,貼片電阻的阻值是不連續的,那阻值的分布是什么規律呢?

按照某種指數分布的嗎?求指導

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2015-11-11 12:32
@letflying
果然是大師,越是這種平凡的器件越見功力啊。請教個問題:我們都知道,貼片電阻的阻值是不連續的,那阻值的分布是什么規律呢?按照某種指數分布的嗎?求指導

國標電阻數值E數列認讀 

為了使工廠生產的電阻符合標準化的要求,同時也為了使電阻的規格不致太多,國家有關部門規定了一系列的阻值作為產品的標準,這一系列的阻值就叫做電阻的標稱阻值 

電阻的標稱阻值分為E6E12E24E48E96E192六大系列,分別適用于允許偏差為±20%、±10%、±5%、±2%、±1%和±0.5%的電阻器。其中

E24系列為常用系列E24E12E6系列也適用于電位器和電容器,E48E96E192系列為高精密電阻系列。  

對各系列的電阻規定幾個基本系數,這些系數再乘以10n(其中n為整數)即為某一具體電阻器阻值。

(抄襲網上的)

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2015-11-11 12:34
@letflying
果然是大師,越是這種平凡的器件越見功力啊。請教個問題:我們都知道,貼片電阻的阻值是不連續的,那阻值的分布是什么規律呢?按照某種指數分布的嗎?求指導

《實用開關電源設計》第三章 元器件的實用選擇 第二節 電阻

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2015-11-11 12:37
@letflying
果然是大師,越是這種平凡的器件越見功力啊。請教個問題:我們都知道,貼片電阻的阻值是不連續的,那阻值的分布是什么規律呢?按照某種指數分布的嗎?求指導

之前只是有了解,這些是有國際標準的,實際應用的時候就是看自己公司的倉庫里面常用哪些電阻了。

然后通過不同的電路設計時考慮下倉庫的電阻阻值來設計。非倉庫的常規阻值另外申請。

所以看別人做的板子,如有的控制板中就會看到同樣的5.1k電阻有N個,其實也就是方便生產與所有非設計階段的管控。

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2015-11-11 12:42
@sudezhao
我們發現無PFC的小功率電源的壓敏電阻很容易掛,有PFC的就好很多,即便壓敏電阻是同規格的。LZ覺得這個現象和PFC有關系嗎?還是和電網環境有關?

我覺得從以上2個條件來看,應該更輸入電容大小有關系,如果PFC的電路里面還有個LC或者CLC濾波可能也有點關系。

有PFC的電源一般相對功率比較大,電容容量會比小電源的大。容量大,吸收的能量就多。在MOV上的能量相應的就少,再有就是MOV的溫度了,MOV溫度對于MOV的失效也有些關系。。

還有一個方面是PCB布板的情況,PCB方面很難講。

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2015-11-11 17:07
@417zhouge
[圖片]這里有RV1,NTC1,R1,R2,R3,R4。大家看看這些平時都是怎么選的,發表下看法吧。
2串2并能搞定么?我一般選4個串聯。
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2015-11-11 18:28
@Constance
2串2并能搞定么?我一般選4個串聯。

我之前改別人的板子用3個串聯,后來實驗沒有做過,安規工程師說要改2并2串,安規做實驗的時候會把一個短路或者斷路來測試放電的,做開短路實驗就做過了。

但是之前的版本別人的3個串聯就過了。也許跟實驗室認證的工程師和測試模板有關吧,我后來的做法都是2并2穿,277V高壓的情況就用2并3串的。

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2015-11-12 22:10

VCC啟動電阻:一般采用2個0805/1206或者3個0603。有的IC有高壓啟動腳的,習慣性的也放2個電阻串在上面消耗功率。

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2015-11-12 22:17
@417zhouge
VCC啟動電阻:一般采用2個0805/1206或者3個0603。有的IC有高壓啟動腳的,習慣性的也放2個電阻串在上面消耗功率。[圖片]

貼片電阻的耐壓值如圖,各個廠家的差異不大。

一般使用經驗是0805耐壓不超過100V,如圖。實際應用用也只有啟動電阻、RCD吸收、RC吸收的時候電阻電壓可能超過100V。

實用開關電源設計第一篇  第三章  第二節  電阻  里面有講到超過100V需要考慮電阻耐壓問題。

電阻規格書中體現的不同封裝和系列對應的電壓耐壓表格。

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2015-11-14 09:45
@417zhouge
貼片電阻的耐壓值如圖,各個廠家的差異不大。一般使用經驗是0805耐壓不超過100V,如圖。實際應用用也只有啟動電阻、RCD吸收、RC吸收的時候電阻電壓可能超過100V。[圖片]實用開關電源設計第一篇 第三章 第二節 電阻 里面有講到超過100V需要考慮電阻耐壓問題。[圖片]電阻規格書中體現的不同封裝和系列對應的電壓耐壓表格。

貼片電阻的功率大部分設計的時候都不怎么考慮,信號部分處理基本是采用0603的電阻。

帶吸收的部分采用0805或者1206的電阻,功率大點的情況一般采用插件電阻和水泥電阻。

由于電阻的工作溫度范圍一般是-55℃-125℃或者-55℃-155攝氏度,一般設計時,功率不超過該電阻功率檔位的1/4。

(電阻溫度很高運行的情況下超限值使用會加速電阻老化,然后阻值變大或者失效,時間大概是1-3年左右出現問題。)

溫度對應電阻的功率曲線。溫度越高,電阻能用到的功率越小。

所以一般工業類電源設計和LED電源設計里面要滿足60℃以上的環境溫度,電阻在功率部分留的余量更大。

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letflying
LV.4
28
2015-11-16 12:14
@417zhouge
之前只是有了解,這些是有國際標準的,實際應用的時候就是看自己公司的倉庫里面常用哪些電阻了。然后通過不同的電路設計時考慮下倉庫的電阻阻值來設計。非倉庫的常規阻值另外申請。所以看別人做的板子,如有的控制板中就會看到同樣的5.1k電阻有N個,其實也就是方便生產與所有非設計階段的管控。
謝謝
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2015-11-16 22:21
@417zhouge
貼片電阻的功率大部分設計的時候都不怎么考慮,信號部分處理基本是采用0603的電阻。帶吸收的部分采用0805或者1206的電阻,功率大點的情況一般采用插件電阻和水泥電阻。由于電阻的工作溫度范圍一般是-55℃-125℃或者-55℃-155攝氏度,一般設計時,功率不超過該電阻功率檔位的1/4。(電阻溫度很高運行的情況下超限值使用會加速電阻老化,然后阻值變大或者失效,時間大概是1-3年左右出現問題。)[圖片]溫度對應電阻的功率曲線。溫度越高,電阻能用到的功率越小。所以一般工業類電源設計和LED電源設計里面要滿足60℃以上的環境溫度,電阻在功率部分留的余量更大。
發了個敗家拆機的帖子,明后天再更新這個電阻的帖子。
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2015-11-18 21:33
@417zhouge
發了個敗家拆機的帖子,明后天再更新這個電阻的帖子。

VCC繞組供電。

輸出電壓變化范圍寬的情況下,需要增加VCC的輔助繞組供電。

或者IC的VCC供電范圍比較窄,要滿足輕載、重載以及起機的情況。

IC的VCC范圍比較寬,直接采用VCC繞組整流后串聯個電阻使用。

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2015-11-22 20:16
@417zhouge
VCC繞組供電。輸出電壓變化范圍寬的情況下,需要增加VCC的輔助繞組供電。或者IC的VCC供電范圍比較窄,要滿足輕載、重載以及起機的情況。[圖片][圖片]IC的VCC范圍比較寬,直接采用VCC繞組整流后串聯個電阻使用。

R7的用法一般有的用電阻,有的可以用磁珠。電壓電流范圍比較寬的話,R7用插件電阻,在大電流時和高壓是能幫IC減小點電壓。

R7還有個用處是在切載的時候能吸收掉VCC的尖峰,避免切載時IC的VCC過高保護。

R8的取值,ZD1是15V,Q1進來的電壓是20V,直流放大增益按照40倍(hef一般是50-300,40是留余量的算法)來算。IC工作電流為10mA,R8=(20V-15V)/(10mA/40倍)=20kΩ。

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